俄羅斯天文學家提議在月球上建造一架望遠鏡來研究黑洞

解碼異世界 2024-04-02 20:36:25

P.N.列別捷夫物理研究所 (FIAN) 的天體航天中心希望將月球環極區域的亞太赫茲望遠鏡與地面望遠鏡結合起來。正因爲如此,才有可能獲得直徑40萬公裏望遠鏡的部分能力。盡管該提案表面上合理,但它仍然存在嚴重缺陷。

太赫茲是波長爲毫米和亞毫米長度(100-1000 GHz)的範圍。在天文學中,它被認爲是非常有前途的:在太空中,有相當多的物質吸收這部分光譜,因此其中的信號平均在整個宇宙中傳播得更好。即使從地球上也可以獲得良好的數據:例如,事件視界望遠鏡能夠獲得銀河系中心和 M87 星系中黑洞周圍的圖像。問題是地球大氣層對這種波的吸收非常強烈。

毫不奇怪,列別傑夫物理研究所的宇航中心正在積極致力于創建直徑爲10米的毫米管(Spektr-M)太空觀測站。他們計劃將其放置在距離地球約150萬公裏的太空中。通過與地面觀測站的互動,太空觀測站將能夠提供直徑150萬公裏的“虛擬望遠鏡”的效果。

然而,在規劃毫米波時,做出了錯誤的決定:就俄羅斯航天而言,總體上假設與其他國家進行最積極的合作。用于將望遠鏡冷卻至負 250 度以上的系統以及外差裝置均將進口。但正如人們所預料的那樣,外國合作夥伴拒絕參與,因此在 2022 年決定自行生産最複雜的區塊。

雖然不禁讓人歡欣鼓舞,但顯然這會讓Millimetron的發射時間推遲數年。此外,目前還不清楚俄羅斯開發商是否能夠針對太空條件制造出溫度降至-250度(理想情況下甚至更低)的冷卻系統,或者他們是否必須將自己限制在-220度,因此,望遠鏡的靈敏度較低。

在《宇宙研究》雜志上的一篇新論文中,列別捷夫物理研究所天文航天中心的科學家研究了亞赫茲天文台的幾個替代概念。FIAN 網站上也報道了這項工作。除了毫米級的空間組件之外,他們還在探索地面亞太赫茲天線陣列的選擇,即小直徑陣列。另一種選擇是在月球表面安裝望遠鏡。

用于測試關鍵技術的原型陣列將由三到六個天線組成,天線直徑爲三到五米。最初,它將在普希諾射電天文台安裝和測試。測試完成後,科學家們希望基于該原型創建一個成熟的亞赫茲天文台。它應包括六個完全旋轉的天線,每個天線的直徑可達八米,天線表面質量約爲 40 微米。最終儀器的角分辨率將達到 0.59 英寸角秒。他們計劃將天線陣列放置在達吉斯坦馬雅克山(2352米)的當地高原上或薩延山脈的庫魯蓋沙峰(3015米)上。

但在考慮的選項中,還有一個更雄心勃勃的選項:在環極永恒陰影的月球隕石坑之一內放置一台類似于地面望遠鏡的望遠鏡。這是月球上太陽永遠照射不到的隕石坑的名字。地球、火星和金星上沒有這樣的地方,因爲它們的自轉軸有明顯的傾斜(冬夏周期)。但月球的自轉軸傾斜度要小得多,而且月球上大約有 300 個隕石坑總是被遮蔽。

天文航天中心的科學家指出,永恒黑暗隕石坑中的冷卻系統——迄今爲止是俄羅斯毫米波望遠鏡的致命弱點——所承受的負荷將是最小的。即使沒有額外的冷卻,估計溫度也約爲 -220 度。希望在這種條件下,即使是中等先進的冷卻系統也能夠提供高系統靈敏度所需的負250度。

該研究的作者表示,這樣的月球天線陣列與相同射程的地面望遠鏡網絡協同工作,將能夠以比月球高出 30 倍的分辨率看到黑洞的陰影。事件視界望遠鏡的那個。當然,這將極大地促進對超大質量黑洞物理學的理解(並將極大地有助于解決其他天文學問題)。

這種情況看起來相當合理,但前提是您不考慮許多實際困難。關鍵的一個是月球風化層。從阿波羅計劃探險的經驗來看,它很快就會粘在月球上的任何人造結構上,並且很難清除。望遠鏡等敏感系統上的灰塵是一個巨大的問題,可能會災難性地降低它們接收到的數據的質量。是的,正如《Naked Science》已經寫過的那樣,極地地區是由永久凍土組成的,這可以減少永恒黑暗隕石坑中的月球塵埃數量。但具體有多少目前還不得而知。

第二個重要問題是,在這個版本中,該項目將從一個雖然複雜的航天器轉變爲一組單獨站立在月球上的多個天線。他們還需要更強大的電源,以及從永恒黑暗隕石坑外帶有太陽能電池板的模塊到隕石坑本身的傳輸電纜。事實上,如果沒有在月球條件下進行登山工作,這是不可能實現的。考慮到地球天然衛星的宇航服重量超過一英擔,在其中進行這樣的操作可能是不現實的(這一點只有在首次載人探險這些區域時才能確定)。而且,這是機器人所不具備的。

這項工作的作者提出了將射電望遠鏡放置在隕石坑之外的選擇,即放置在太陽照射的區域,盡管靠近兩極。然而,在這種情況下,冷卻的實施將變得非常困難:在兩周的太陰日內,即使是位于兩極的露天望遠鏡也會嚴重升溫。這比更緊湊、材料消耗更少的“Millimetron”如何更好尚不清楚。

最後,Selene 上安裝巨型望遠鏡的時間也引發了疑問。俄羅斯目前還沒有關于月球超重型火箭的非書面工作。也就是說,載人登月飛行在 2030 年代之前不會發生(如果沒有人類,就不可能在地球之外實現如此複雜的結構)。到那時,Millimetron 顯然將比建造月球天線陣列的 Cyclopean 項目更接近技術實施。也許理解了這一點,本文的作者也在考慮選擇一組純太空望遠鏡——毫米波望遠鏡的功能類似物。

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